Большая советсткая энциклопедия Фотометрия

Фотометрия

Фотометрия (от фото... и ...метрия), раздел физической оптики, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения, испускаемого источниками, распространяющегося в различных средах и взаимодействующего с телами. При этом энергия электромагнитных колебаний оптического диапазона усредняется по малым интервалам времени, которые, однако, значительно превышают период таких колебаний. Ф. охватывает как экспериментальные методы и средства измерений фотометрических величин, так и относящиеся к этим величинам теоретические положения и расчёты.

Основным энергетическим понятием Ф. является поток излучения Ф_е, имеющий физический смысл средней мощности, переносимой электромагнитным излучением. Пространственное распределение Ф_е описывают энергетические фотометрические величины, производные от потока излучения по площади и (или) телесному углу. В фотометрии импульсной применяются также интегральные по времени фотометрические величины. В узком смысле Ф. иногда называют измерения и расчёт величин, относящихся к наиболее употребительной системе редуцированных фотометрических величин – системе световых величин (освещённости, силы света, яркости, освечивания, светимости и пр.; соответствующие энергетические фотометрические величины – энергетическая освещённость, энергетическая сила света, энергетическая яркость и т.д.). Световые величины – это фотометрические величины, редуцированные в соответствии со спектральной чувствительностью т. н. среднего светлоадаптированного человеческого глаза (важнейшего для деятельности человека приёмника света; см. Адаптация физиологическая; об условиях, при которых получают характеристики среднего глаза как приёмника, см. ст. Световые величины). Применяются и др. системы редуцированных (по отношению к др. приёмникам) фотометрических величин: эритемные, бактерицидные, фотосинтетические. Изучение зависимостей фотометрических величин от длины волны излучения и спектральных плотностей энергетических величин составляет предмет спектрофотометрии и спектрорадиометрии. Методы Ф. широко применяются в астрономии для исследования космических источников излучения в различных диапазонах спектра излучения (см. Астрофотометрия, Показатель цвета). Сведение Ф. лишь к измерениям световых величин ошибочно.

Фундаментальный для Ф. закон Е = I/l², согласно которому освещённость Е изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния l от точечного источника с силой света I был сформулирован И. Кеплером в 1604. Однако основоположником экспериментальной Ф. следует считать П. Бугера, который опубликовал в 1729 описание визуального метода количественного сравнения источников света – установления (путём изменения расстояний до источников) равенства освещённостей соседних поверхностей с использованием в качестве прибора глаза. Методы визуальной Ф. применяются в отдельных случаях до настоящего времени (2-я половина 20 в.) и в результате работ сов. учёных, которые ввели понятие т. н. эквивалентной яркости, распространены на область малых яркостей. В зависимости от используемых методов измерения фотометрических величин Ф. условно делят на визуальную, фотографическую, фотоэлектрическую, фотохимическую и так далее.

Начатое И. Ламбертом (1760) развитие теоретических методов Ф. нашло обобщённое выражение в теории светового поля, доведённой до стройной системы сов. учёным А. А. Гершуном (30-е гг. 20 в.). Современная теоретическая Ф. распространена на мутные среды. Теоретическая Ф. основывается на соотношении dФ_е = L_edG, выражающем в дифференциальной форме закон квадратов расстояний; здесь dФ_е – дифференциал потока излучения элементарного пучка лучей, мерой множества которых (см. Мера множества) является дифференциал dG фактора геометрического, L_e – энергетическая яркость излучения. Фотометрические свойства веществ и тел характеризуются пропускания коэффициентами t, отражения коэффициентами r и поглощения коэффициентами a, которые для одного и того же тела связаны очевидным соотношением t + r + a = 1. Ослабление потока излучения узконаправленного пучка при прохождении через вещество описывается Бугера – Ламберта – Бера законом.

Экспериментальные методы Ф. основаны на абсолютных и относительных измерениях потока излучения различными селективными и неселективными приёмниками излучения (т. е. приёмниками, реакция которых зависит или не зависит от длины волны излучения). Для определения размерных фотометрических величин применяют либо фотометры с непосредственным сравнением неизвестного и известного потоков, либо фотометры, предварительно градуированные в соответствующих единицах измерения энергетических или редуцированных фотометрических величин. В частности, для передачи значений световых величин обычно используют сличаемые с государственными световыми эталонами образцовые и рабочие светоизмерительные лампы – источники с известными фотометрическими характеристиками. Ф. лазерного излучения в основном построена по принципу использования образцовых и рабочих спектрально неселективных приёмников излучения, сличаемых с государственными эталонами мощности и энергии когерентного излучения лазеров. Измерение безразмерных величин t и r выполняется фотометрами с применением относительных методов, путём регистрации отношения реакций линейного приемника излучения на соответствующие потоки излучения. Применяется также уравнивание реакций линейного или нелинейного приёмника излучения изменением по определённому закону в известное число раз сравниваемых потоков излучения.

Теоретические и экспериментальные методы Ф. находят применение в светотехнике и технике сигнализации, в астрономии и астрофизике, при расчёте переноса излучения в плазме газоразрядных источников света и звёзд, при химическом анализе веществ, в пирометрии, при расчётах теплообмена излучением и во многих др. областях науки и производства.

Лит.: Бугер П., Оптический трактат о градации света, пер. с франц., М., 1950; Гершун А. А., Избр. труды по фотометрии и светотехнике, М., 1958; Мешков В. В., Основы светотехники, ч. 1–2, М. – Л., 1957–61; Тиходеев П. М., Световые измерения в светотехнике. (Фотометрия), 2 изд., М. – Л., 1962; Волькенштейн А. А., Визуальная фотометрия малых яркостей, М. – Л., 1965; Сапожников Р. А., Теоретическая фотометрия, 2 изд., Л., 1967; Гуревич М. М., Введение в фотометрию, Л., 1968.

А. С. Дойников.